Placă de nod - care este marea problemă?

Când trebuie să creați o îmbinare cu placă de nod foarte rapid, ce veți face? Adăugați pur și simplu o bucată dreptunghiulară de tablă la grinda principală și conectați elementul secundar la această placă. Și gata. Deci, care este marea problemă?

Nicio problemă atunci când: 1. conectați un element sub încărcare de întindere, 2. aveți suficient spațiu pentru toate componentele îmbinării și 3. nu trebuie să vă ocupați de estetica îmbinării. Toată complexitatea apare odată cu creșterea complexității îmbinărilor, cu compresia în elemente și cu presiunea asupra costurilor și aspectului vizual al sarcinii. 

Tipuri de bază ale dispunerii îmbinărilor cu placă de nod

În figura următoare, putem vedea dispunerile transversale tipice ale plăcilor de nod în îmbinările structurilor metalice. 

Cea mai frecventă aplicare a plăcilor de nod se regăsește în grinzile cu zăbrele și în sistemele de contravântuire laterală, unde elementele diagonale sunt conectate prin intermediul plăcilor de nod.

Ce este și ce nu este o placă de nod

Pentru un ochi neexperimentat, poate fi dificil să identifice placa de nod (sau plăcile de nod) printre toate componentele metalice ale îmbinării. Cineva ar putea întreba: nu este oare doar un alt element de rigidizare? Ei bine, nu este. 

• Plăcile de nod sunt părțile esențiale ale structurii, prin care sunt transmise toate forțele interioare din elementele conectate.
• În timp ce elementele de rigidizare sunt părți importante necesare pentru rigiditatea corectă a îmbinării și pentru evitarea flambajului plăcilor.
• Simplu spus, dacă placa de nod cedează, dezastrul este iminent. Fără elementele de rigidizare, structura supraviețuiește (cel puțin pentru o perioadă). 

Termenul placă de nod ajunge adesea în centrul atenției doar după prăbușirea unei structuri sau a unei părți din aceasta. Prăbușirea podului Interstate 35W în 2007 a fost unul dintre aceste evenimente nefericite.

În acest caz, principalul vinovat a fost identificat ca fiind proiectarea nesatisfăcătoare a plăcilor de nod ale grinzilor cu zăbrele și lipsa controlului acestor componente ale îmbinării în cadrul nenumăratelor inspecții ale podului. S-a presupus pur și simplu că plăcile de nod nu vor fi punctul cel mai slab al proiectului și că îmbinările cu placă de nod sunt mai rezistente decât grinzile care se întâlnesc în îmbinare. Din păcate, nu au fost.

Codurile de proiectare ne oferă îndrumări privind modul de verificare a proiectării îmbinărilor cu placă de nod. Câteva exemple de coduri de proiectare cu specificații pentru plăcile de nod:

• AISC 360-16 (Statele Unite)
• CSA-S16-09 (Canada)
• EN 1993-1-8 (mediul european)

Aceste îndrumări se bazează pe o abordare analitică, care este destul de ușor de aplicat, dar poate fi foarte consumatoare de timp odată cu creșterea numărului de tipuri sau variante de îmbinări.

Elemente întinse

Îmbinările elementelor întinse sunt, să spunem, cele mai simple. Dar inginerul trebuie totuși să efectueze un număr de verificări ale plăcilor de nod. Ca exemplu, secțiunea transversală Whitmore trebuie verificată la forțe de întindere.

Cum arată pe hârtie:

Și în structura reală:

O altă verificare se referă la cedarea prin forfecare în bloc a unei îmbinări, care implică atât componente de forfecare, cât și de întindere, și este specificată în AISC 360 Sec. J4.3. Ca proiectant al îmbinării, trebuie să verificați toate traseele posibile de cedare prin forfecare în grupurile de șuruburi, după cum puteți vedea în exemplul de mai jos.

Puteți găsi un exemplu bine pregătit de evaluare a rezistenței la forfecare în bloc în acest articol de verificare.

Elemente comprimate

Proiectarea îmbinărilor cu placă de nod poate deveni un „sport" complet diferit atunci când vine vorba de elemente comprimate. Trebuie să verificăm în continuare toate cedările prin forfecare, dar problema flambajului începe să joace un rol mult mai important. 

Un parametru esențial în proiectarea îmbinărilor elementelor comprimate este dacă elementul poate sau nu să se deplaseze în afara planului plăcii de nod. Aceasta va influența comportamentul mecanismului de cedare și formarea articulațiilor plastice în plăci. În IDEA StatiCa Connection, puteți seta acest comportament pentru fiecare element în parte, selectând pur și simplu tipul corect de Model type.

Modurile de cedare pentru aceste două situații diferite sunt prezentate în figura următoare.

Aceasta ar putea fi rezolvată și printr-o abordare analitică, dar probabil veți petrece mult timp cu fiecare dispunere individuală a îmbinării. Mai probabil, inginerul va economisi timp prețios evitând pur și simplu această situație și va adăuga câteva elemente de rigidizare. Este o soluție de înțeles, dar costisitoare.

Utilizarea unui instrument inteligent care oferă verificarea stabilității pentru astfel de îmbinări este o altă cale. Analiza de flambaj este o parte elementară a aplicației IDEA StatiCa Connection și vă oferă formele de flambaj și factorii de încărcare pentru un număr de forme definit de utilizator.

Cercetare

În dezvoltarea IDEA StatiCa, nu există loc pentru o abordare de tip încercare & eroare. Toate metodele utilizate în aplicații și modelele de calcul sunt verificate pe baza testelor pe structuri reale și analizate ulterior în cooperare cu universități de renume.

Una dintre aceste cercetări a fost dedicată și proiectării îmbinărilor cu placă de nod. Rezultatele testelor au fost comparate cu modelarea CBFEM cu o corelație foarte bună. Aici puteți găsi articolul nostru de verificare cu rezultatele cercetării.

Cum să fii eficient și competitiv

Deci, care sunt opțiunile dvs. atunci când este nevoie de proiectarea îmbinărilor în conformitate cu standardele, dar și când trebuie să realizați proiectele și verificările nu în luni, ci în săptămâni? Mai mult, trebuie să fiți flexibil pentru revizuiri pe parcursul proiectului și doriți să comparați mai multe variante într-un timp rezonabil. Doriți, de asemenea, ca îmbinările dvs. să fie ușor de asamblat și să nu coste o avere?

Știți deja răspunsul corect: trebuie să folosim instrumente din secolul XXI, care vor face cea mai mare parte a muncii necreatoare pentru noi. Dacă dorim să avem cu adevărat mâinile libere în proiectare, numărul de opțiuni se restrânge semnificativ. 

Ați putea pur și simplu să încercați să utilizați IDEA StatiCa Connection și ați descoperi că este tot ce aveți nevoie pentru această sarcină. Sau puteți urma calea standard de învățare: 

• Mai întâi, folosiți câteva foi de calcul Excel, 
• apoi încercați un software de îmbinări mai sofisticat bazat pe foi de calcul, 
• când atingeți limitele, petreceți ceva timp experimentând cu ceva și mai sofisticat, 
• poate creați câteva modele detaliate cu elemente de tip coajă în aplicațiile dvs. de calcul cu Metoda Elementelor Finite 
• și după toate aceste încercări, apelați oricum la aplicația IDEA StatiCa Connection.

După parcurgerea acestei căi, veți aprecia pe deplin toate beneficiile sale.  

Tutorial video scurt dedicat îmbinărilor cu plăci de nod

Când vine vorba de estimarea costurilor, poate fi cu adevărat dificil să calculați prețul pentru fiecare îmbinare în zilele noastre. În aplicația IDEA StatiCa, această informație apare aproape ca un efect secundar plăcut. În acest articol, veți găsi toate sfaturile necesare despre cum să utilizați această funcție.

O altă utilizare tipică a plăcilor de nod

Datorită apariției prelucrării CNC și în atelierele de construcții civile, plăcile de nod reprezintă una dintre principalele modalități de a conecta nu numai elemente metalice, ci și elemente din lemn. În loc să se realizeze forme complicate ale capetelor elementelor, se poate introduce pur și simplu o placă de oțel cu găuri. Elementele din lemn sunt pregătite cu găuri și caneluri realizate prin CNC, iar îmbinarea este în final asamblată cu știfturi și șuruburi din oțel.

Următorul nivel în evoluția proiectării structurale este combinarea materialelor structurale și utilizarea celor mai bune proprietăți ale acestora în locul potrivit. Astfel au apărut structurile hibride lemn-oțel. Pe lângă frumusețea vizuală naturală, există multe alte motive pentru utilizarea lor, cum ar fi reducerea costurilor, necesitatea mai redusă de protecție la foc sau reducerea amprentei de carbon.

Pentru cei interesați de proiectarea îmbinărilor oțel-lemn, citiți mai mult despre îmbinările din lemn rezolvate în IDEA StatiCa Connection în Centrul nostru de Suport.

IDEA StatiCa este mândră să se afle în prima linie a proiectării îmbinărilor și a elementelor structurale. Dacă aveți o idee despre cum ar putea fi îmbunătățită proiectarea plăcilor de nod, anunțați-ne.